超导带材测试装置的制作方法

本发明涉及超导线缆技术领域，具体地说，涉及一种超导带材测试装置。

背景技术：

随着超导技术的发展，超导材料已经逐步应用到电力、医学等领域。国内外已有多条超导电缆挂网运行，分辨率高、利用超导磁体制造的MRI(磁共振成像)已用于身体检查。可以说，超导带材是超导材料最为主要的应用形式。

超导带材在使用过程中，不可避免的要受到拉伸和扭转等力，如超导电缆制造时，超导带材以一定角度和节距有规律的绞合在支撑体上，同时受到轴向拉力及绞合力的作用。

超导材料一般为陶瓷材料，性脆且易碎，一旦超导陶瓷材料受到破坏，其临界电流或抗磁性必然下降，对产品的性能产生影响。因此，超导带材在用于工艺制造前，有必要对其抗拉伸和耐扭转性能进行测试。

现有技术，如发明专利201510316163.5中提供了一种高温超导带材力学性能测试装置及其检测方法，提出一种测试超导带材弯曲半径和拉伸应力测试架，但无法测试超导带材在扭转状态的下的临界电流变化情况。实用新型200420009983.7中提出了一种高温超导带材测试架，该测试架也无法实现超导带材在扭转状态下的临界电流的测试。

技术实现要素：

本发明提供了一种超导带材测试装置，用以测试超导带材承受拉应力、扭转应力的条件下的临界电流。

根据本发明的一个方面，提供了一种超导带材测试装置，包括测试台和杜瓦罐，其中，测试台又包括：底座；拉伸部，所述拉伸部包括多根竖立在底座上的第一螺杆以及与第一螺杆螺纹配合的滑板；固定部，所述固定部包括设置在底座上的下夹紧体以及可转动地设置在滑板上的上夹紧体；扭转部，所述扭转部包括通过多根立杆安装在上夹紧体上方的转盘，杜瓦罐内填充有用于将超导带材冷却到超导态的液氮。

特别地，其中，所述上夹紧体和下夹紧体的材料是紫铜。

特别地，其中，所述杜瓦罐位于测试台的下方，杜瓦罐通过第二螺杆升降。

特别地，其中，在转盘的外圆周上具有刻度。

特别地，其中，拉伸部还具有拉力传感器。

特别地，其中，所述第一螺杆、第二螺杆均由电机带动旋转。

根据本发明的另一个方面，提供一种超导带材测试方法，使用以上所述的超导带材测试装置，进行如下步骤：使用上夹紧体和下夹紧体固定超导带材的两端，滑板沿第一螺杆向上移动，施加适当的预拉力，确保带材处于竖直状态；引出电流引线和电压引线；施加拉应力：滑板沿第一螺杆向上移动，通过拉力传感器测量拉力值，达到设定拉力值后滑板停止；施加扭转应力：扭转部自动或手动旋转，达到设定角度后停止；施加完拉应力和/或扭转应力后，杜瓦罐沿第二螺杆向上移动至指定位置，将超导带材冷却到临界温度以下，达到超导态；电流源经电流引线对超导带材通电，进行测试。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明实施例的超导带材测试装置的立体示意图一；

图2是表示本发明实施例的超导带材测试装置的立体示意图二；

图3是表示本发明实施例的超导带材测试装置的正视图；

图4是表示本发明实施例的超导带材测试装置的侧视图；

图5是表示本发明实施例的超导带材测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的超导带材测试装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

本发明公开了一种超导带材测试装置，如图1所示，包括安置于箱体30内的测试台10和杜瓦罐20，测试台10固定在箱体30的上部，用于固定、拉伸、扭转超导带材，而杜瓦罐20位于在测试台10的下方，其可上下移动，在杜瓦罐20内填充有液氮，用于对超导带材进行冷却，使其冷却至临界温度以下，达到超导态。图2是超导带材测试装置的立体示意图二，为显示方便，去掉了箱体30。如图2所示，测试台10又包括底座101以及安装在底座101上的拉伸部、扭转部、固定部。底座101用于支撑安装各部件，底座101为三角形，拉伸部包括多根竖立在底座101上的第一螺杆104以及与第一螺杆104螺纹配合的滑板108，具体地说，是在底座101的三个角上，分别设置有三根竖立的第一螺杆104，在滑板108上具有三个螺纹孔，滑板通过螺纹孔水平连接在螺杆上。第一螺杆104分别与电机(未示出)相连接，电机可以设置在底座101内。电机带动螺杆104旋转，使得滑板108沿第一螺杆104上下运动。而固定部包括设置在底座101上的下夹紧体102以及可转动地设置在滑板108上的上夹紧体103。带材的下端固定在下夹紧体102上，带材的上端固定在上夹紧体103上，可以通过螺栓等多种方式将带材固定在上下夹紧体上，使得带材竖直地拉紧。上夹紧体103通过例如轴承安装在滑板108上。上夹紧体和下夹紧体是由导电性能好的材料制成，例如紫铜。

超导带材临界电流测试需要在超导带材的两端分别焊接一根电流引线，同时在超导带材上焊接两根电压引线，将所述超导带材放置在液氦或液氮环境中，电流引线的另一端连接液氦或液氮环境外的电流源，电流源通过电流引线给超导带材施加不断变化的电流，而电压引线的另一端与液氦或液氮环境外的电压测试装置相连，通过所述电压测试装置测得电压值，记录所述电压值，并同时记录相应的得到电压值时流过超导带材的电流值，将电压值和电流值传输到计算机进行数据处理，得到超导带材的临界电流。因此，从下夹紧体102上可以引出测试用电流引线1021与电流源连接，在上夹紧体103上引出电流引线1031，然后，在超导带材上在选取测量点焊接电压引线，测试时，电流从电流源经电流引线1021传导到下夹紧体102上，再通过下夹紧体102传导到超导带材105上，经电流引线1031形成回路。从电压引线连接到电压测试装置，进行测量。

在带材的上下端固定后，控制电机带动第一螺杆104旋转，滑板108即可沿第一螺杆104上下移动，滑板108向上移动，就向上拉紧带材。特别地，在测试台上还安装有拉力传感器，用于检测超导带材所受的拉力，从而精确控制超导带材实验拉力。

扭转部包括通过多根立杆安装在上夹紧体103上方的转盘107。在上夹紧体103上，有三根立杆109和上夹紧体103固定连接，立杆109的上部和转盘107固定连接，转盘107的轴线与上夹紧体、下夹紧体所夹持的超导带材在同一直线上。在转盘107的顶部设置有旋钮1071，也就是说转盘107能够手动转动，当然，也可以使用电机驱动转盘107。转盘107的转动经三根立杆109传动到上夹紧体103，带动上夹紧体103也相应地转动，而超导带材105的上端固定在上夹紧体103上，下端固定在下夹紧体102上，因此，超导带材随转盘107发生扭转。在超导带材承受预设的拉力、扭矩的情况下，对超导带材通电，即可进行超导带材临界电流测试。

本发明的超导带材测试装置集成了固定、拉伸、扭转带材的功能，能够完成拉伸、扭转组合应力下的临界电流测试，并且拉伸和扭转应力可以方便地调节。

此外，在转盘107的外圆周上具有刻度，在旋钮1071上具有指示箭头，便于控制带材扭转角度。不过，若是采用手动调节扭转角度，则只能控制扭转角度，无法控制施加的扭矩。采用电机调节扭转角度，由于公式T(扭矩)＝P(功率)÷Ω(角速度)，可以通过扭转角度来控制施加的扭矩，其测试结果更加精确。当然，也可以设置扭力传感器来控制施加的扭矩。

杜瓦罐20包括使用耐低温材料制成的上开口的容器203，并且其中填充有液氮。在容器203的旁边设置有竖立的第二螺杆201，容器203通过连接件202安装在第二螺杆201上，并且通过滑轨204限制容器203的水平运动。连接件202具有和第二螺杆配合的内螺纹，第二螺杆和电机连接，通过电机驱动第二螺杆转动，容器203即可上下移动。在带材施加完拉伸、扭转等应力后，控制容器203移动至带材测试区域，使超导带材浸在液氮中，冷却至临界温度以下，达到超导态。

该测试装置还包括控制部，控制部和各个电机、传感器、以及电流源、电压测试装置等具有电路连接，用以启停该装置，控制施加的拉应力值和扭矩值，以及施加的变化的电流值等

根据本发明的另一个方面，提供一种超导带材测试方法，利用以上所述的超导带材测试装置，按照以下步骤进行：

步骤S102，利用下夹紧体夹紧超导带材的下端，利用上夹紧体夹紧超导带材的上端，开动电机带动第一螺杆104旋转，使得滑板向上移动，而安装在滑板上的上夹紧体3则向上拉紧超导带材，向上施加适当的预拉力，确保带材处于垂直状态。

步骤S104，引出电流引线和电压引线，具体地说，是在下夹紧体上引出电流引线1021，在上夹紧体上引出电流引线1031。在超导带材表面适当位置焊接电压引线，电压引线和外部的电压测试装置连接。

步骤S106，施加拉应力：设置拉力值，启动装置后，滑板自动向上移动，通过拉力传感器测量拉力值，达到设定拉力值后滑板停止。

和/或步骤S108，施加扭转应力：设置扭转角度，启动装置后，扭转部自动或手动旋转，达到设定角度后停止。

步骤S1010，杜瓦罐沿第二螺杆自动向上移动，移动至指定位置后，进行液氮填充，液氮将超导带材冷却超导带材到临界温度以下，达到超导态；

步骤S1012，通过电流引线给超导带材施加不断变化的电流。通过所述电压测试装置测得电压值，记录所述电压值，并同时记录相应的得到电压值时流过超导带材的电流值，将电压值和电流值传输到计算机进行数据处理，得到所测超导带材的临界电流。

应用本发明的超导带材测试装置，至少可以完成以下4种测量方案：

(1)超导带材仅受拉应力时临界电流变化情况，从而判断超导带材的临界拉伸应变；

(2)拉伸力一定，超导带材扭转不同角度时临界电流变化情况；

(3)扭转角度一定，超导带材受到不同拉伸力时超导带材的临界电流变化情况；

(4)扭转角度与拉伸力同时变化时，超导带材的临界电流变化情况。

本发明的超导带材测试装置集成了固定、拉伸、扭转带材的功能，能够单独完成拉伸或扭转应力下的临界电流测试，也可以完成拉伸、扭转组合应力下的临界电流测试，并且拉伸和扭转应力可以方便地调节，其适用多种规格超导带材的测试，且测试效率高，在装置上设置有传感器，能够精确检测施加的应力，保证测试的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。